KR20090017545A - Method for gas phase oxidation using a moderator layer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 방향족 탄화수소 및 산소 분자를 포함하는 가스 스트림이 2 이상의 촉매층을 통과하는 가스상 산화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas phase oxidation process in which a gas stream comprising aromatic hydrocarbons and oxygen molecules passes through two or more catalyst beds.
다양한 카르복실산 및/또는 카르복실산 무수물은 고정 베드(fixed bed) 반응기 내에서 벤젠, 자일렌, 나프탈렌, 톨루엔 또는 듀렌과 같은 방향족 탄화수소의 가스상(gas phase) 산화에 의해 산업적으로 제조된다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 벤조산, 말레산 무수물, 프탈산 무수물, 이소프탈산, 테레프탈산 또는 피로멜리트산 무수물을 얻는 것이 가능하다. 일반적으로, 산소성 가스 및 산화될 출발 물질의 혼합물이, 촉매 베드가 그 안에 존재하는 튜브를 통과하게 된다. 온도 제어를 위해, 튜브는 열 수송 매질, 예를 들어, 염 용융물로 둘러싸인다.Various carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides are produced industrially by gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons such as benzene, xylene, naphthalene, toluene or durene in a fixed bed reactor. In this way, it is possible to obtain, for example, benzoic acid, maleic anhydride, phthalic anhydride, isophthalic acid, terephthalic acid or pyromellitic anhydride. Generally, a mixture of oxygenous gas and starting material to be oxidized is passed through a tube in which a catalyst bed is present. For temperature control, the tube is surrounded by a heat transport medium, for example a salt melt.
과도한 반응열이 열 수송 매질에 의해 제거되더라도, 촉매 베드의 나머지 부분보다 더 높은 온도를 갖는 부분 온도 최고점(열점)이 촉매 베드 내에 형성될 수 있다. 이러한 열점은 부반응, 예를 들어, 출발 물질의 전체 연소, 또는 바람직하지 않은 부산물(가능하더라도 매우 어렵게만 반응 생성물로부터 제거될 수 있음)의 형성을 가져올 수 있다. Even if excess heat of reaction is removed by the heat transport medium, a partial temperature peak (hot spot) with a higher temperature than the rest of the catalyst bed can be formed in the catalyst bed. These hot spots can lead to side reactions, for example, the overall combustion of the starting material, or the formation of undesirable by-products (which can only be removed from the reaction product only if very difficult).
또한, 촉매가 특정 열점 온도로부터 비가역적으로 손상될 수 있다. 공정이 시작되면, 산화될 탄화수소를 갖는 가스 스트림의 로딩은 처음에 매우 낮게 유지되어야 하고, 서서히만 증가될 수 있다. 최종 생성 단계는 흔히 몇 주 후에나 달성된다.In addition, the catalyst can be irreversibly damaged from certain hot spot temperatures. Once the process begins, the loading of the gas stream with the hydrocarbons to be oxidized must initially be kept very low and can only be increased slowly. The final production step is often achieved after a few weeks.
이러한 열점을 약화시키기 위해, 다양한 방법이 취하여져 왔다. 특히, DE-A 40 13 051에서 기술하는 바와 같이, 활성이 낮은 촉매는 가스 입구 쪽으로 그리고 활성이 높은 촉매는 가스 출구 쪽으로 일반적으로 위치하게 되는, 촉매 베드 내의 층에 의한 서로 다른 활성층의 촉매 배열로의 전이가 이루어져 왔다.In order to weaken these hot spots, various methods have been taken. In particular, as described in DE-A 40 13 051, a catalyst arrangement of different active layers by layers in a catalyst bed, in which the low activity catalyst is generally located towards the gas inlet and the high activity catalyst toward the gas outlet. The transition has been made.
DE 198 23 262는 하나의 층이 다른 층의 상부에 배열된 3 이상의 코팅된 촉매로 프탈산 무수물을 제조하는 방법을 기술하고, 상기 촉매 활성은 가스 입구 측으로부터 가스 출구측에 이르기까지 층에서 층으로 증가한다.DE 198 23 262 describes a process for the preparation of phthalic anhydride with three or more coated catalysts in which one layer is arranged on top of another, wherein the catalytic activity is passed from layer to layer from the gas inlet side to the gas outlet side. Increases.
EP-A 1 063 222는 하나 이상의 고정 베드 반응기 내에서 수행되는 프탈산 무수물의 제조 방법을 기술한다. 반응기 내의 촉매 베드는 3 이상의 개별 촉매층을 반응기 내에 연속적으로 갖는다. 제1 촉매층을 통과한 후에, 30 내지 70 중량%의 o-자일렌, 나프탈렌 또는 이 둘의 혼합물이 반응 조건 하에서 전환된다. 제2층을 통과한 후에, 70 중량% 이상이 전환된다.EP-A 1 063 222 describes a process for the preparation of phthalic anhydride carried out in one or more fixed bed reactors. The catalyst bed in the reactor has three or more separate catalyst beds in series in the reactor. After passing through the first catalyst bed, 30 to 70% by weight of o-xylene, naphthalene or a mixture of the two is converted under the reaction conditions. After passing through the second layer, at least 70% by weight is converted.
EP 326 536은 인-바나듐 혼합 산화물 촉매를 통한 적절한 비방향족 탄화수소의 가스상 산화에 의해 말레산 무수물을 제조하는 방법을 기술한다. 촉매와 불활성 고체 물질과의 혼합은 오랜 기간 동안의 공정에서 개월 당 수율 감소를 낮춘다.EP 326 536 describes a process for preparing maleic anhydride by gas phase oxidation of a suitable nonaromatic hydrocarbon via a phosphorus-vanadium mixed oxide catalyst. Mixing the catalyst with an inert solid material lowers the yield reduction per month in long process runs.
WO 2005/063673는 고정 촉매 베드를 통한 부분 산화에 의해 불포화 알데히드 및/또는 카르복실산을 제조하는 방법을 기술하고, 불활성 물질의 층이 열점의 위치로 예상되는 반응 구역의 지점에 삽입된다. 불활성 물질층의 하류 및 상류에 배열되는 촉매는 동일하다.WO 2005/063673 describes a process for producing unsaturated aldehydes and / or carboxylic acids by partial oxidation through a fixed catalyst bed, where a layer of inert material is inserted at the point of the reaction zone where the hot spot is expected. The catalysts arranged downstream and upstream of the inert material layer are identical.
가스상 산화에 사용되는 촉매 또는 촉매 시스템의 활성은 작동 시간의 증가에 따라 감소된다. 전환되지 않은 탄화수소 또는 부분적으로 산화된 중간체의 높은 비율이 더 하류인 촉매 베드 지역으로 들어간다. 반응은 반응기 출구 쪽으로 점차 이동하고, 열점은 하류로 옮겨진다. 촉매 불활성화는 열 수송 매질의 온도 증가에 의하여 제한된 정도로 중화(counteract)될 수 있다. 다층 촉매 시스템 내에서, 열 수송 매질의 온도 증가 및/또는 열점의 이동은 온도 상승을 가져와, 가스 혼합물이 하류 촉매층으로 들어가게 된다. 하류 촉매층은 일반적으로 활성이 더 높지만 선택성은 더 낮기 때문에, 바람직하지 않은 과산화 및 기타 부반응이 증가된다. 종합적으로, 생성물 수율 및 선택성이 공정 시간에 따라 감소된다.The activity of the catalyst or catalyst system used for gas phase oxidation decreases with increasing operating time. A higher proportion of unconverted hydrocarbons or partially oxidized intermediates enters the downstream catalytic bed zone. The reaction gradually moves toward the reactor outlet and the hot spot moves downstream. Catalyst deactivation can be counteracted to a limited extent by increasing the temperature of the heat transport medium. In a multilayer catalyst system, the increase in temperature and / or the movement of hot spots in the heat transport medium results in a rise in temperature such that the gas mixture enters the downstream catalyst bed. Downstream catalyst beds generally have higher activity but lower selectivity, which increases undesirable peroxidation and other side reactions. Overall, product yield and selectivity decrease with process time.
바람직한 산화 생성물이 오랜 기간에 걸쳐 높은 수율로 얻어질 수 있게 하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.It is an object of the present invention to provide a process by which a preferred oxidation product can be obtained in high yield over a long period of time.
상기 목적은 1 이상의 방향족 탄화수소 및 산소 분자를 포함하는 가스 스트림이 가스 스트림의 유동 방향으로 연속 배열된 2 이상의 촉매층을 통과하는 가스상 산화에 의해 달성되며, 인접하는 촉매층의 촉매의 활성은 서로 다르고, 완화층이 가스 스트림의 유동 방향으로 연속 배열된 2개의 촉매층 사이에 배열되며, 완화층은 상류 또는 하류에 인접하는 촉매보다 촉매적으로 활성이 낮거나 촉매적으로 불활성이며, 완화층의 하류 촉매층이 완화층의 상류 촉매층보다 더 큰 활성을 갖는다. The object is achieved by gas phase oxidation in which a gas stream comprising at least one aromatic hydrocarbon and oxygen molecules is passed through at least two catalyst beds arranged continuously in the flow direction of the gas stream, the activity of the catalysts in adjacent catalyst beds being different and relaxed The layers are arranged between two catalyst beds arranged in series in the flow direction of the gas stream, the relief layer being catalytically less active or catalytically inert than the catalyst adjacent upstream or downstream, and the downstream catalyst layer of the relief layer relaxes. It has greater activity than the catalyst layer upstream of the bed.
본 명세서에서, 촉매층은 본질적으로 균일한 활성을 갖는, 즉, 본질적으로 균일한 활성 조성물의 조성, 활성 조성물 분획 및 패킹 밀도(반응기의 충진시 피할 수 없는 변동은 무시함)를 갖는 촉매 베드를 의미한다. 따라서 연속적 촉매층은 기존 촉매의 활성과는 다르다. 당업자는 하기하는 바와 같이 촉매 활성을 제어하는 다양한 방법에 익숙할 것이다. 촉매층 내에서, 촉매 입자는 불활성 물질의 입자에 의해 희석되지 않는다.As used herein, a catalyst bed refers to a catalyst bed having essentially uniform activity, i.e., having a composition of essentially uniform active composition, active composition fraction and packing density (ignoring unavoidable variations in the filling of the reactor). do. The continuous catalyst bed is therefore different from the activity of existing catalysts. Those skilled in the art will be familiar with various methods of controlling catalyst activity as described below. Within the catalyst bed, the catalyst particles are not diluted by the particles of inert material.
촉매 또는 촉매층의 활성은 동일한 조건(특히, 촉매 부피, 부피 기초 겉보기 속도(가스 시공 속도, gas hourly space velocity, GHSV) 및 공기 유속, 열 수송 매질의 온도, 가스 스트림의 탄화수소 로딩과 관련) 하의 시험 설비 내에서 측정되는 전환을 의미하는 것으로 이해한다. 촉매 또는 촉매층의 전환이 더 높을수록, 이의 활성이 더 높다. 이러한 방법은 특히 활성 비교에 그리고 상대적 촉매 활성 측정에 적절하다.The activity of the catalyst or catalyst bed is tested under the same conditions (particularly with respect to catalyst volume, volume based apparent velocity (gas hourly space velocity, GHSV) and air flow rate, temperature of the heat transport medium, hydrocarbon loading of the gas stream). It is understood to mean the conversion measured within the installation. The higher the conversion of the catalyst or catalyst bed, the higher its activity. This method is particularly suitable for activity comparison and for measuring relative catalytic activity.
본 발명은 2개의 촉매 베드 사이에 배열된 하나 이상의 완화층을 고려하며, 상류 촉매 베드를 떠나서 하류 촉매 베드로 들어가기 전에 가스 스트림이 완화층을 통과하게 된다.The present invention contemplates one or more mitigating beds arranged between two catalyst beds, with the gas stream passing through the mitigating bed before leaving the upstream catalyst bed and entering the downstream catalyst bed.
완화층은 미립자 물질의 베드로 적절하게 구성된다. 용이한 반응기 충진 및 균일한 압력 하강을 위해, 미립자 물질은 촉매 입자와 유사한 치수를 적절히 갖는다.The relief layer is suitably composed of a bed of particulate material. For easy reactor filling and uniform pressure drop, the particulate material has appropriate dimensions similar to catalyst particles.
완화층은 촉매적으로 불활성일 수 있다. 이러한 경우, 이는 예컨대 촉매 지지체로 사용되기도 하는 불활성 물질로 구성된다. 적절한 지지체 물질은 예를 들어, 석영(SiO2), 자기 제품, 산화마그네슘, 이산화주석, 실리콘 카바이드, 금홍석, 알루미나(Al2O3), 알루미늄 실리케이트, 동석(마그네슘 실리케이트), 지르코늄 실리케이트, 세륨 실리케이트, 또는 이러한 지지체 물질의 혼합물이다. 완화층은 또한 금속 와이어 또는 섬유로 구성된 루프 형성 니트(loop-formed knits), 루프 당김 니트(loop-drawn knits) 또는 직물을 포함할 수 있다.The mitigating layer can be catalytically inert. In this case, it consists of an inert material which is also used as a catalyst support, for example. Suitable support materials include, for example, quartz (SiO 2 ), porcelain, magnesium oxide, tin dioxide, silicon carbide, rutile, alumina (Al 2 O 3 ), aluminum silicate, steatite (magnesium silicate), zirconium silicate, cerium silicate Or mixtures of such support materials. The softening layer may also include loop-formed knits, loop-drawn knits or fabrics composed of metal wires or fibers.
완화층은 또한 촉매 활성을 가질 수 있다. 이러한 경우, 완화층은 하류 촉매베드 및 상류 촉매 베드 모두보다 촉매적으로 활성이 낮다. 이는 불활성화 첨가제의 높은 함량, 낮은 활성 조성물 분획, 불활성 물질로 촉매의 희석 및/또는 당업자에게 친숙한 다른 방법에 의해 달성될 수 있다. 반응기 내의 총 전환에 대한 촉매적으로 활성인 완화층의 기여는 바람직하게는 작고, 예를 들어, 총 전환의 10% 미만, 특히 5% 미만이다. 완화층의 기여는 반응기 내에서 전환된 방향족 탄화수소의 총량에 대한 완화층 내에서 전환된 방향족 탄화수소의 양을 의미한다.The mitigating layer may also have catalytic activity. In this case, the mitigating layer is catalytically less active than both the downstream catalyst bed and the upstream catalyst bed. This may be achieved by high content of inactivating additives, low active composition fractions, dilution of the catalyst with inert materials and / or other methods familiar to those skilled in the art. The contribution of the catalytically active mitigating layer to the total conversion in the reactor is preferably small, for example less than 10%, in particular less than 5% of the total conversion. Contribution of the mitigating layer refers to the amount of aromatic hydrocarbon converted in the mitigating layer relative to the total amount of aromatic hydrocarbon converted in the reactor.
완화층은 2개의 연속 촉매층 사이에 배열되고, 상류 촉매 베드 및 하류 촉매 베드는 서로 다른 활성을 갖는다. 이러한 경우, 완화층의 하류 촉매 베드는 완화층의 상류 촉매 베드보다 더 큰 활성을 갖는다. 완화층의 상류 촉매층의 부피에 대한 완화층의 부피비는 바람직하게는 0.05 내지 0.35, 특히 0.1 내지 0.25이다.The relief layer is arranged between two successive catalyst beds, and the upstream catalyst bed and the downstream catalyst bed have different activities. In this case, the downstream catalyst bed of the relief layer has greater activity than the upstream catalyst bed of the relief layer. The volume ratio of the relief layer to the volume of the upstream catalyst layer of the relief layer is preferably between 0.05 and 0.35, in particular between 0.1 and 0.25.
촉매 및 완화층의 총 부피에서 완화층의 부피비는 일반적으로 40% 이하이다.The volume ratio of the relief layer to the total volume of catalyst and relief layer is generally 40% or less.
바람직한 구체예에서, 가스 스트림은 가스 스트림의 유동 방향으로 연속 배열된 3 이상의 촉매층, 예를 들어, 3개, 4개 또는 5개의 촉매층을 통과한다. 3개의 촉매층을 갖는 구체예에서, 완화층은 바람직하게는 제2 및 제3 촉매층 사이에 배열된다. 4개의 촉매층을 갖는 구체예에서, 완화층은 바람직하게는 제2 촉매층 및 제3 촉매층 사이 및/또는 제3 촉매층 및 제4 촉매층 사이에 배열된다. In a preferred embodiment, the gas stream passes through at least three catalyst beds, for example three, four or five catalyst beds, arranged continuously in the flow direction of the gas stream. In an embodiment with three catalyst layers, the relief layer is preferably arranged between the second and third catalyst layers. In an embodiment with four catalyst layers, the mitigating layer is preferably arranged between the second and third catalyst layers and / or between the third and fourth catalyst layers.
다수의 촉매층이 사용되는 경우, 활성 등급의 다양한 배치가 가능하다. 바람직한 구체예에서, 가스 스트림의 유동 방향에서 촉매 활성은 가스 입구에 가장 가까운 층에서부터 가스 출구에 가장 가까운 층까지, 한 촉매층에서부터 다음 촉매층까지 점차 증가한다. 완화층은 적어도 유동 방향으로 끝에서 두번째의 촉매층과 마지막 촉매층 사이에 바람직하게 배열된다.If multiple catalyst beds are used, various arrangements of activity grades are possible. In a preferred embodiment, the catalytic activity in the flow direction of the gas stream increases gradually from the layer closest to the gas inlet to the layer closest to the gas outlet, from one catalyst bed to the next. The relief layer is preferably arranged between the second catalyst layer and the last catalyst layer at the end, at least in the flow direction.
다른 바람직한 구체예에서, 가스 스트림은 가스 스트림의 유동 방향으로 연속 배열된 3 이상의 촉매층을 통과하며; 이러한 경우, 촉매의 활성은 가스 스트림의 유동 방향으로 3 이상의 촉매층의 순서에 따라, 하나의 촉매층에서 다음의 촉매층까지 증가한다. 따라서, 가장 상류의 촉매층으로서 비교적 짧고, 매우 활성인 촉매층을 제공하고, 이어서 하류에 활성이 더 낮은 촉매층을 제공하는 것이 가능하며, 이러한 활성이 더 낮은 촉매층에는 활성 증가 단계를 갖는 추가층이 이어질 수있다.In another preferred embodiment, the gas stream passes through at least three catalyst beds arranged in series in the flow direction of the gas stream; In this case, the activity of the catalyst increases from one catalyst bed to the next, depending on the order of three or more catalyst beds in the flow direction of the gas stream. Thus, it is possible to provide a relatively short, highly active catalyst layer as the most upstream catalyst layer, followed by a catalyst layer with lower activity downstream, followed by an additional layer with an activity increasing step. have.
본 발명에 따라 제공되는 완화층(들)은 완화층의 하류에 배열된 촉매 베드에 들어가기 전에 가스 스트림의 냉각을 가져온다. 냉각은 온도 프로파일, 즉, 촉매 베드 길이의 함수로서의 온도 플롯으로부터 명백하다. 온도 프로파일은 예를 들어, 등거리로 서로 다른 높이에서 열 튜브에 배열된 열전소자(thermoelement)에 의해 또는 높이 조정이 가능한 열전소자를 가지고 쉽게 측정가능하다.The mitigating layer (s) provided in accordance with the present invention result in cooling of the gas stream before entering the catalyst bed arranged downstream of the mitigating layer. Cooling is evident from the temperature profile, ie the temperature plot as a function of catalyst bed length. The temperature profile is easily measurable, for example, by thermoelements arranged in the heat tubes at different heights equidistantly or with thermocouples which are height adjustable.
완화층의 하류 경계에서의 온도는 완화층의 촉매 상류로부터 외삽된 온도 프로파일보다 바람직하게는 2K 이상, 특히 4K 이상 더 낮다. 외삽된 온도 프로파일은 하기 식에 의해 계산될 수 있다.The temperature at the downstream boundary of the relief layer is preferably at least 2K, in particular at least 4K, lower than the temperature profile extrapolated from the catalyst upstream of the relief layer. The extrapolated temperature profile can be calculated by the following equation.
(δT·x)(δTx)
상기 식에서, δT는 완화층으로부터 완화층의 상류 촉매의 경계에서 온도 프로파일의 기울기이고, x는 유동 방향으로 완화층의 길이이다. 온도 프로파일의 기울기는 완화층의 상류 촉매의 경계에서의 온도 프로파일에 탄젠트를 취함으로써 측정가능하다.Where T is the slope of the temperature profile at the boundary of the upstream catalyst from the relief layer and x is the length of the relief layer in the flow direction. The slope of the temperature profile can be measured by taking the tangent to the temperature profile at the boundary of the upstream catalyst of the relaxation layer.
완화층에 의한 온도 강하는 바람직하게는 4K 이상, 특히 6K 이상 그리고 더욱 바람직하게는 8K 이상이다. 본 명세서에서 온도 강하는 온도 프로파일로부터 측정가능한, 완화층의 상류 경계 및 하류 경계에서의 온도의 차이를 의미한다.The temperature drop by the relaxation layer is preferably at least 4K, in particular at least 6K and more preferably at least 8K. The temperature drop herein means the difference in temperature at the upstream and downstream boundaries of the relaxation layer, measurable from the temperature profile.
적어도 완화층 및 이의 상류 및 하류에 인접한 촉매층의 온도가 함께 제어가능한 경우, 완화층 및 상류 및 하류에 인접하는 촉매층 구역 내의 반응 튜브가 단일 열 수송 매질, 예를 들어, 염 배쓰(bath)로 둘러싸이는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 방법은 단 하나의 열 수송 매질 회로를 갖는 반응기에 특히 적절하다. If at least the temperatures of the mitigating layer and catalyst layers adjacent upstream and downstream thereof are controllable together, the reaction tubes in the mitigating layer and the catalyst layer zones adjacent upstream and downstream are surrounded by a single heat transport medium, for example a salt bath. This is desirable. Thus, the method is particularly suitable for reactors with only one heat transport medium circuit.
본 발명에 따른 방법은 방항족 C6- 내지 C10-탄화수소, 예를 들어, 벤젠, 톨루엔, 나프탈렌 또는 듀렌(1,2,4,5-테트타메틸벤젠)을 카르복실산 및/또는 카르복실산 무수물, 예를 들어, 말레산 무수물, 프탈산 무수물, 벤조산 및/또는 피로멜리트산 이무수물로 가스상 산화하는데 특히 적절하다. 상기 방법은 o-자일렌 및/또는 나프탈렌으로부터 프탈산 무수물을 제조하는데 특히 적절하다.The process according to the invention is carried out by the process of the anti-corrosive C 6 -to C 10 -hydrocarbons, for example benzene, toluene, naphthalene or durene (1,2,4,5-tettamethylbenzene) Particularly suitable for gas phase oxidation with acid anhydrides such as maleic anhydride, phthalic anhydride, benzoic acid and / or pyromellitic dianhydride. The method is particularly suitable for preparing phthalic anhydride from o-xylene and / or naphthalene.
모든 촉매의 촉매적으로 활성인 조성물은 바람직하게는 적어도 산화바나듐 및 이산화티타늄을 포함한다. 산화바나듐 및 이산화티타늄계 가스상 산화 촉매의 활성 제어의 측정은 본질적으로 당업자에게 공지되었다.The catalytically active composition of all catalysts preferably comprises at least vanadium oxide and titanium dioxide. Measurement of activity control of vanadium oxide and titanium dioxide based gas phase oxidation catalysts is essentially known to those skilled in the art.
예를 들어, 촉매적으로 활성인 조성물은 프로모터로서 촉매의 활성 및 선택성에 영향을 미치는 화합물을 포함할 수 있다.For example, a catalytically active composition can include a compound as a promoter that affects the activity and selectivity of the catalyst.
활성 및 선택성에 영향을 미치는 인자의 예는 알칼리 금속 화합물, 특히 산화세슘, 산화리튬, 산화칼륨, 산화나트륨 및 산화루비듐, 및 인 또는 황 화합물을 포함한다.Examples of factors affecting activity and selectivity include alkali metal compounds, in particular cesium oxide, lithium oxide, potassium oxide, sodium oxide and rubidium oxide, and phosphorus or sulfur compounds.
활성 제어의 다른 수단은 촉매의 총 중량에서 활성 조성물의 비율 또는 V2O5 함량을 변화시키는 것을 포함하고, 더 높은 활성 조성물 또는 V2O5 함량은 더 높은 활성 및 그 반대를 야기한다.Other means of activity control include changing the proportion of the active composition or the V 2 O 5 content in the total weight of the catalyst, with the higher active composition or the V 2 O 5 content causing higher activity and vice versa.
본 발명에 따른 방법에서 사용되는 촉매는 일반적으로 촉매적으로 활성인 조성물이 불활성 지지체에 코팅 형태로 도포된 코팅된 촉매이다. 촉매적으로 활성인 조성물의 층 두께는 일반적으로 0.02 내지 0.2 mm, 바람직하게는 0.05 내지 0.1 mm이다. 일반적으로 촉매는 불활성 지지체에 코팅 형태로 도포된 활성 조성물 층을 갖는다.Catalysts used in the process according to the invention are generally coated catalysts in which the catalytically active composition is applied in the form of a coating to an inert support. The layer thickness of the catalytically active composition is generally 0.02 to 0.2 mm 3, preferably 0.05 to 0.1 mm mm. The catalyst generally has a layer of active composition applied in the form of a coating to an inert support.
사용되는 불활성 지지체 물질은 방향족 탄화수소를 알데히드, 카르복실산 및/또는 카르복실산 무수물, 예를 들어, 석영(SiO2), 자기 제품, 산화마그네슘, 이산화주석, 실리콘 카바이드, 금홍석, 알루미나(Al2O3), 알루미늄 실리케이트, 동석(마그네슘 실리케이트), 지르코늄 실리케이트, 세륨 실리케이트, 또는 이러한 지지체 물질의 혼합물로 산화시키기 위해 코팅된 촉매의 제조에 유리하게 사용되는 것과 같은 사실상 모든 선행 기술 지지체 물질일 수 있다. 지지체 물질은 일반적으로 비기공성이다. 강조할 수 있는 유리한 지지체 물질은 특히 동석 및 실리콘 카바이드이다. 지지체 물질의 형태는 일반적으로 발명의 예비촉매 및 코팅된 촉매에 중요하지 않다. 예를 들어, 구, 환, 정제, 나선, 튜브, 압출물 또는 깨진 조각(spall) 형태의 촉매 지지체가 사용될 수 있다. 이러한 촉매 지지체의 치수는 방향족 탄화수소의 가스상 부분 산화를 위해 코팅된 촉매의 제조에 일반적으로 사용되는 촉매 지지체에 상응한다. 3 내지 6 mm의 지름을 갖는 구 형태, 또는 5 내지 9 mm의 외부 지름 및 4 내지 7 mm의 길이를 갖는 환 형태의 동석을 사용하는 것이 바람직하다.Inert support materials used include aromatic hydrocarbons with aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides such as quartz (SiO 2 ), porcelains, magnesium oxide, tin dioxide, silicon carbide, rutile, alumina (Al 2 O 3 ), aluminum silicate, steatite (magnesium silicate), zirconium silicate, cerium silicate, or virtually any prior art support material, such as used advantageously in the preparation of coated catalysts for oxidizing to mixtures of such support materials. . The support material is generally nonporous. Advantageous support materials which can be emphasized are especially steatite and silicon carbide. The form of the support material is generally not critical to the precatalyst and coated catalyst of the invention. For example, catalyst supports in the form of spheres, rings, tablets, helices, tubes, extrudates or cracks can be used. The dimensions of this catalyst support correspond to the catalyst support generally used in the preparation of coated catalysts for the gas phase partial oxidation of aromatic hydrocarbons. Preference is given to using spherical soapstones having a diameter of 3 to 6 mm, or a ring form having an outer diameter of 5 to 9 mm and a length of 4 to 7 mm.
코팅된 촉매의 개별층은 본질적으로 공지된 임의의 방법, 예를 들어, 코팅 드럼 내의 용액 또는 분산액의 분무 도포에 의해, 또는 유동화 베드 내의 용액 또는 분산액으로의 코팅에 의해 도포될 수 있다. 유기 바인더, 바람직하게는 비닐 아세테이트/비닐 라우레이트, 비닐 아세테이트/아크릴레이트, 스티렌/아크릴레이트, 비닐 아세테이트/말레에이트, 비닐 아세테이트/에틸렌 및 히드록시에틸셀룰로오스의 공중합체를, 유리하게는 수성 분산액의 형태로, 촉매적으로 활성인 조성물에 첨가하는 것이 가능하고, 활성 조성물 성분 용액의 고체 함량에 대해 3 내지 20 중량%의 바인더의 양이 유리하게 사용된다. 촉매적으로 활성인 조성물이 유기 바인더 없이 지지체에 도포되는 경우, 150℃를 넘는 코팅 온도가 유리하다. 상기한 바인더가 첨가되는 경우, 사용가능한 코팅 온도는 사용되는 바인더에 따라 다르며, 50 내지 450℃이다. 도포된 바인더는 촉매의 도입 및 반응기의 스타트업 후 짧은 시간 내에 불태워진다. 바인더 첨가는 활성 조성물이 지지체에 충분히 점착하게 되어 촉매의 이동 및 도입이 촉진되는 추가적 이점을 갖는다. The individual layers of the coated catalyst can be applied by essentially any method known, for example by spray application of a solution or dispersion in a coating drum, or by coating with a solution or dispersion in a fluidized bed. Organic binders, preferably copolymers of vinyl acetate / vinyl laurate, vinyl acetate / acrylate, styrene / acrylate, vinyl acetate / maleate, vinyl acetate / ethylene and hydroxyethylcellulose, advantageously of aqueous dispersion In form, it is possible to add to the catalytically active composition, with an amount of binder of 3 to 20% by weight relative to the solids content of the active composition component solution being advantageously used. If the catalytically active composition is applied to the support without an organic binder, a coating temperature above 150 ° C. is advantageous. When the above-mentioned binder is added, usable coating temperatures depend on the binder used and are 50 to 450 ° C. The applied binder is burned within a short time after introduction of the catalyst and start up of the reactor. Binder addition has the additional advantage that the active composition will be sufficiently adhered to the support to facilitate the transfer and introduction of the catalyst.
3개의 촉매층을 갖는 본 발명에 따른 방법의 바람직한 구체예에서, 촉매는 하기 조성을 갖는다(제1층은 가스 스트림의 유동 방향에서 가장 상류에 배열된 층임): In a preferred embodiment of the process according to the invention with three catalyst layers, the catalyst has the following composition (the first layer is the layer arranged most upstream in the flow direction of the gas stream):
제1층:First floor:
전체 촉매에 대해 7 내지 10 중량%의 활성 조성물, 이러한 활성 조성물은 7 to 10% by weight of active composition, based on the total catalyst
6 내지 11 중량%의 오산화바나듐,6-11 wt% vanadium pentoxide,
1.2 내지 3 중량%의 삼산화안티몬,1.2 to 3 weight percent antimony trioxide,
0.1 내지 1 중량%의 알칼리(알칼리 금속으로 계산), 특히 산화세슘, 및 0.1 to 1% by weight of alkali (calculated as alkali metal), in particular cesium oxide, and
100 중량%가 되게 하는 나머지로서, 이산화티타늄, 바람직하게는 5 내지 30 m2/g의 BET 표면적을 갖는 아나타제(anatase) 개질 이산화티타늄을 포함한다.As the remainder to 100% by weight, titanium dioxide, preferably anatase modified titanium dioxide having a BET surface area of 5 to 30 m 2 / g, is included.
제2층:Second layer:
전체 촉매에 대해 7 내지 12 중량%의 활성 조성물, 이러한 활성 조성물은7-12% by weight of active composition, based on the total catalyst
5 내지 13 중량%의 오산화바나듐,5 to 13 weight percent vanadium pentoxide,
0 내지 3 중량%의 삼산화안티몬,0-3% by weight of antimony trioxide,
0 내지 0.4 중량%의 알칼리(알칼리 금속으로 계산), 특히 산화세슘, 0 to 0.4% by weight of alkali (calculated as alkali metal), in particular cesium oxide,
0 내지 0.4 중량%의 오산화인(P로 계산), 및 0 to 0.4 weight percent phosphorus pentoxide (calculated as P), and
100 중량%가 되게 하는 나머지로서, 이산화티타늄, 바람직하게는 10 내지 40 m2/g의 BET 표면적을 갖는 아나타제 개질 이산화티타늄을 포함한다.As remainder to 100% by weight, titanium dioxide, preferably anatase modified titanium dioxide having a BET surface area of 10 to 40 m 2 / g is included.
제3층:3rd layer:
전체 촉매에 대해 8 내지 12 중량%의 활성 조성물, 이러한 활성 조성물은8-12% by weight of active composition, based on the total catalyst
5 내지 30 중량%의 오산화바나듐,5-30% by weight of vanadium pentoxide,
0 내지 3 중량%의 삼산화안티몬,0-3% by weight of antimony trioxide,
0 내지 0.3 중량%의 알칼리(알칼리 금속으로 계산), 특히 산화세슘, 0 to 0.3% by weight of alkali (calculated as alkali metal), in particular cesium oxide,
0.05 내지 0.4 중량%의 오산화인(P로 계산), 및 0.05 to 0.4 weight percent phosphorus pentoxide (calculated as P), and
100 중량%가 되게 하는 나머지로서, 이산화티타늄, 바람직하게는 15 내지 50 m2/g의 BET 표면적을 갖는 아나타제 개질 이산화티타늄을 포함한다.As the remainder to 100% by weight, titanium dioxide, preferably anatase modified titanium dioxide having a BET surface area of 15 to 50 m 2 / g is included.
제1층, 제2층 및 제3층이 차지하는 부피비는 바람직하게는 100 내지 200:40 내지 100:40 내지 100이다.The volume ratio occupied by the first layer, the second layer and the third layer is preferably 100 kPa to 200: 40 to 100: 40 to 100.
4개의 촉매층을 갖는 본 발명에 따른 방법의 바람직한 구체예에서, 촉매는 하기 조성을 갖는다(제1층은 가스 스트림의 유동 방향에서 가장 상류에 배열된 층임):In a preferred embodiment of the process according to the invention with four catalyst layers, the catalyst has the following composition (the first layer is the layer arranged most upstream in the flow direction of the gas stream):
제1층:First floor:
전체 촉매에 대해 7 내지 10 중량%의 활성 조성물, 이러한 활성 조성물은 7 to 10% by weight of active composition, based on the total catalyst
6 내지 11 중량%의 오산화바나듐,6-11 wt% vanadium pentoxide,
1.2 내지 3 중량%의 삼산화안티몬,1.2 to 3 weight percent antimony trioxide,
0.1 내지 1 중량%의 알칼리(알칼리 금속으로 계산), 특히 산화세슘, 및 0.1 to 1% by weight of alkali (calculated as alkali metal), in particular cesium oxide, and
100 중량%가 되게 하는 나머지로서, 이산화티타늄, 바람직하게는 5 내지 30 m2/g의 BET 표면적을 갖는 아나타제 개질 이산화티타늄을 포함한다.As the remainder to 100% by weight, titanium dioxide, preferably anatase modified titanium dioxide having a BET surface area of 5 to 30 m 2 / g is included.
제2층:Second layer:
전체 촉매에 대해 7 내지 10 중량%의 활성 조성물, 이러한 활성 조성물은7 to 10% by weight of active composition, based on the total catalyst
4 내지 15 중량%의 오산화바나듐,4-15 weight percent vanadium pentoxide,
0 내지 3 중량%의 삼산화안티몬,0-3% by weight of antimony trioxide,
0.1 내지 1 중량%의 알칼리(알칼리 금속으로 계산), 특히 산화세슘, 0.1 to 1% by weight of alkali (calculated as alkali metal), in particular cesium oxide,
0 내지 0.4 중량%의 오산화인(P로 계산), 및 0 to 0.4 weight percent phosphorus pentoxide (calculated as P), and
100 중량%가 되게 하는 나머지로서, 이산화티타늄, 바람직하게는 10 내지 35 m2/g의 BET 표면적을 갖는 아나타제 개질 이산화티타늄을 포함한다.As the remainder to 100% by weight, titanium dioxide, preferably anatase modified titanium dioxide having a BET surface area of 10 to 35 m 2 / g is included.
제3층:3rd layer:
전체 촉매에 대해 7 내지 10 중량%의 활성 조성물, 이러한 활성 조성물은7 to 10% by weight of active composition, based on the total catalyst
5 내지 13 중량%의 오산화바나듐,5 to 13 weight percent vanadium pentoxide,
0 내지 3 중량%의 삼산화안티몬,0-3% by weight of antimony trioxide,
0 내지 0.4 중량%의 알칼리(알칼리 금속으로 계산), 특히 산화세슘, 0 to 0.4% by weight of alkali (calculated as alkali metal), in particular cesium oxide,
0 내지 0.4 중량%의 오산화인(P로 계산), 및 0 to 0.4 weight percent phosphorus pentoxide (calculated as P), and
100 중량%가 되게 하는 나머지로서, 이산화티타늄, 바람직하게는 15 내지 40 m2/g의 BET 표면적을 갖는 아나타제 개질 이산화티타늄을 포함한다.As the remainder to 100% by weight, it comprises titanium dioxide, preferably anatase modified titanium dioxide having a BET surface area of 15 to 40 m 2 / g.
제4층:4th layer:
전체 촉매에 대해 8 내지 12 중량%의 활성 조성물, 이러한 활성 조성물은8-12% by weight of active composition, based on the total catalyst
10 내지 30 중량%의 오산화바나듐,10-30 wt% vanadium pentoxide,
0 내지 3 중량%의 삼산화안티몬,0-3% by weight of antimony trioxide,
0.05 내지 0.4 중량%의 오산화인(P로 계산), 및 0.05 to 0.4 weight percent phosphorus pentoxide (calculated as P), and
100 중량%가 되게 하는 나머지로서, 이산화티타늄, 바람직하게는 15 내지 50 m2/g의 BET 표면적을 갖는 아나타제 개질 이산화티타늄을 포함한다.As the remainder to 100% by weight, titanium dioxide, preferably anatase modified titanium dioxide having a BET surface area of 15 to 50 m 2 / g is included.
제1층, 제2층, 제3층 및 제4층이 차지하는 부피비는 바람직하게는 80 내지 160: 30 내지 100: 30 내지 100: 30 내지 100이다.The volume ratio occupied by the first layer, the second layer, the third layer and the fourth layer is preferably 80 kPa to 160: 30 to 100: 30 to 100: 30 to 100.
필요한 경우, 예를 들어, DE-A 198 07 018 또는 DE-A 20 05 969 A에 기술된 바와 같은 하류 종결 반응기가 또한 프탈산 무수물 제조를 위해 제공될 수 있다. 사용되는 촉매는 바람직하게는 마지막층의 촉매에 비해 더 활성인 촉매이다.If desired, downstream termination reactors as described, for example, in DE-A 198 07 018 or DE-A 20 05 969 A may also be provided for the preparation of phthalic anhydride. The catalyst used is preferably a more active catalyst compared to the catalyst of the last layer.
촉매는 예를 들어, 열 수송 매질, 예를 들어 염 용융물에 의해 반응 온도에 대해 외부적으로 열적-안정화된 반응 튜브에 일반적으로 충전된다. 가스 스트림은 촉매 베드를 통과하여, 일반적으로 300 내지 450℃, 바람직하게는 320 내지 420℃ 그리고 더욱 바람직하게는 340 내지 400℃의 온도에서, 그리고 일반적으로 0.1 내지 2.5 bar, 바람직하게는 0.3 내지 1.5 bar의 상승된 압력에서, 일반적으로 750 내지 5000 h-1의 겉보기 속도로 제조된다. The catalyst is generally charged to a reaction tube which is thermally stabilized externally to the reaction temperature, for example by a heat transport medium, for example a salt melt. The gas stream passes through the catalyst bed, generally at a temperature of 300 to 450 ° C., preferably 320 to 420 ° C. and more preferably 340 to 400 ° C., and generally 0.1 to 2.5 bar, preferably 0.3 to 1.5 At elevated pressures of bar, they are generally prepared at an apparent speed of 750 to 5000 h −1 .
촉매에 공급되는 반응 가스는, 일반적으로 산화될 방향족 탄화수소와, 산소 분자를 포함하고 그리고 산소와 별도로 적절한 반응 완화제 및/또는 희석제, 예를 들어, 수증기, 이산화탄소 및/또는 질소를 포함할 수 있는 가스의 혼합에 의해 얻어지고, 상기 산소 분자 함유 가스는 일반적으로 1 내지 100 몰%, 바람직하게는 2 내지 50 몰% 및 더욱 바람직하게는 10 내지 30 몰%의 산소, 0 내지 30 몰%, 바람직하게는 0 내지 10 몰%의 수증기, 및 0 내지 50 몰%, 바람직하게는 0 내지 1 몰%의 이산화탄소, 기타 질소를 포함할 수 있다. 반응 가스를 얻기 위하여, 산소 분자 함유 가스가 산화될 탄화수소의 1 m3 (STP)의 가스 당 30 g 내지 150 g, 바람직하게는 1 m3 (STP) 당 60 g 내지 120 g으로 일반적으로 충전된다.The reaction gas supplied to the catalyst is generally a gas containing aromatic hydrocarbons to be oxidized, oxygen molecules and separately from oxygen and suitable reaction modifiers and / or diluents such as water vapor, carbon dioxide and / or nitrogen. Obtained by mixing of the oxygen-containing gas is generally from 1 to 100 mol%, preferably from 2 to 50 mol% and more preferably from 10 to 30 mol% of oxygen, from 0 to 30 mol%, preferably May comprise 0 to 10 mol% water vapor and 0 to 50 mol%, preferably 0 to 1 mol% carbon dioxide, other nitrogen. To obtain the reaction gas, the oxygen molecule containing gas is generally charged at 30 g to 150 g per gas of 1 m 3 (STP) of the hydrocarbon to be oxidized, preferably 60 g to 120 g per 1 m 3 (STP). .
반응 튜브 내에 존재하는 2 이상의 구역, 바람직하게는 2 구역의 촉매 베드가 다른 반응 온도로 열적안정화되는 것도 가능하고, 예를 들어, 분리된 염 배쓰를 갖는 반응기가 사용될 수 있다. 대안으로, 가스상 산화가 온도 구역의 분할 없이 하나의 반응 온도에서 수행될 수도 있다.It is also possible for the catalyst bed of two or more zones, preferably two zones, present in the reaction tube to be thermally stabilized at different reaction temperatures, for example a reactor with a separate salt bath can be used. Alternatively, gas phase oxidation may be carried out at one reaction temperature without dividing the temperature zone.
본 발명을 첨부하는 도면 및 하기 실시예에 의해 자세히 설명한다.It will be described in detail by the accompanying drawings and the following examples.
도 1은 o-자일렌의 프탈산 무수물로의 가스상 산화에서 2층 촉매 시스템의 온도 프로파일을 보여준다(완화층 없음).Figure 1 shows the temperature profile of a two-layer catalyst system in gas phase oxidation of o-xylene to phthalic anhydride (no relaxation layer).
도 2는 제1 촉매층 및 제2 촉매층 사이의 촉매적으로 불활성인 완화층을 이용한 o-자일렌의 프탈산 무수물로의 가스상 산화에서 2층 촉매 시스템의 온도 프로파일을 보여준다.FIG. 2 shows the temperature profile of a two-layer catalyst system in gas phase oxidation of o-xylene to phthalic anhydride using a catalytically inert relaxation layer between the first and second catalyst layers.
도 3은 o-자일렌의 프탈산 무수물로의 가스상 산화에서 제4층 촉매 시스템의 온도 프로파일을 보여준다(완화층 없음).FIG. 3 shows the temperature profile of the fourth layer catalyst system in gas phase oxidation of o-xylene to phthalic anhydride (no relaxation layer).
도 4는 제2 촉매층 및 제3 촉매층 사이의 촉매적으로 불활성인 완화층을 이용한 o-자일렌의 프탈산 무수물로의 가스상 산화에서 4층 촉매 시스템의 온도 프로파일을 보여준다. FIG. 4 shows the temperature profile of a four-layer catalyst system in gas phase oxidation of o-xylene to phthalic anhydride using a catalytically inert relaxation layer between a second catalyst layer and a third catalyst layer.
비교 실시예 1Comparative Example 1
서로 다른 활성의 2가지 촉매로 구성된 상업적 2층 촉매 시스템을 사용하였다. 더 낮은 활성을 갖는 상류 촉매를 선택적 촉매라 부르고, 하류 촉매를 활성 촉매라 부른다. 두가지 촉매의 활성 조성물은 이산화티타늄 및 산화바나듐을 포함한다. 활성 조성은 동석 지지체에 도포하였다.A commercial two bed catalyst system consisting of two catalysts of different activity was used. The upstream catalyst with lower activity is called the selective catalyst and the downstream catalyst is called the active catalyst. The active compositions of both catalysts include titanium dioxide and vanadium oxide. The active composition was applied to the soapstone support.
아래에서 위쪽으로, 130 cm의 활성 촉매 및 170 cm의 선택적 촉매를 평균 25 mm의 폭 및 360 cm의 길이를 갖는 철 튜브로 구성된 반응기 내로 도입시켰다. 온도 제어를 위해, 철 튜브를 350℃ 온도의 염 용융물로 둘러쌌다. 공기 1 m3 (STP) 당 80 g의 98.5 중량% 강도의 o-자일렌을 로딩하여, 튜브 당 4 m3 (STP)의 공기를 시간당 위에서 아래쪽으로 튜브를 통해 통과시켰다. From bottom to top, 130 cm of active catalyst and 170 cm of selective catalyst were introduced into the reactor consisting of an iron tube with an average width of 25 mm and a length of 360 cm. For temperature control, the iron tube was surrounded by a salt melt at 350 ° C. 1 m 3 of air to load the o- xylene 80 g of 98.5% strength by weight of sugar (STP), passed through a tube to the bottom of the air in the 4 m 3 (STP) per hour per tube above.
공정 시간 18개월 후의 이러한 촉매 시스템의 온도 프로파일을 도 1에 나타냈다. 가스 스트림이 약 385℃의 온도를 갖는 활성 촉매층으로 들어가는 것을 볼 수 있다. 이러한 공정 시간 후의 수율은 사용된 o-자일렌(순수한 o-자일렌 기준) 100 kg 당 113.5 kg의 프탈산 무수물이었다.The temperature profile of this catalyst system after 18 months of processing time is shown in FIG. 1. It can be seen that the gas stream enters the active catalyst bed having a temperature of about 385 ° C. The yield after this process time was 113.5 kg phthalic anhydride per 100 kg of o-xylene (based on pure o-xylene).
실시예 2Example 2
촉매 시스템의 상 길이를 완화층에 맞추어 변경한 것을 제외하고는, 비교 실시예 1을 반복하였다. 완화층은 동석 환(외부 지름 7 mm, 높이 7 mm, 내부 지름 4mm)으로 구성된다. 125 cm의 활성 촉매, 15 cm의 완화층 및 170 cm의 선택적 촉매를 튜브 내로 연속적으로 도입시켰다.Comparative Example 1 was repeated except that the phase length of the catalyst system was changed to match the relaxation layer. The relief layer consists of a soapstone ring (outer diameter 7 mm, height 7 mm, inner diameter 4 mm). 125 촉매 cm active catalyst, 15 cm relaxation layer and 170 cm selective catalyst were continuously introduced into the tube.
350℃의 염 배쓰 온도에서 공정 시간 18개월 후의 이러한 촉매 시스템의 온도 프로파일을 도 2에 나타낸다. 가스 스트림이 약 368℃의 온도를 갖는, 즉, 비교 실시예에 비해 약 17℃ 더 낮은 온도를 갖는 활성 촉매의 층에 들어가는 것을 볼 수 있다. 이러한 공정 시간 후의 수율은 사용된 o-자일렌(순수한 o-자일렌 기준) 100 kg 당 114.3 kg의 프탈산 무수물이었다.The temperature profile of this catalyst system after 18 months of processing time at a salt bath temperature of 350 ° C. is shown in FIG. 2. It can be seen that the gas stream enters the bed of the active catalyst having a temperature of about 368 ° C., ie, about 17 ° C. lower than the comparative example. The yield after this process time was 114.3 kg of phthalic anhydride per 100 kg of o-xylene (based on pure o-xylene).
비교 실시예 3Comparative Example 3
하기 촉매 1 내지 4를 사용하였다. 촉매는 도포된 활성 조성물과 환 형태(7 x 7 x 4 mm, ED x L x ID)의 성형 동석체(마그네슘 실리케이트)를 포함한다.The following catalysts 1 to 4 were used. The catalyst comprises the applied active composition and shaped catholyte (magnesium silicate) in cyclic form (7 × 7 × 4 mm, ED × L × ID).
촉매 1: Catalyst 1:
활성 조성물 함량: 촉매의 총 중량의 8.0%.Active composition content: 8.0% of the total weight of the catalyst.
활성 조성물(400℃에서 4시간 하소 후): 7.1 중량%의 V2O5, 1.8 중량%의Sb2O3, 0.36 중량%의 Cs.Active composition (after 4 hours calcination at 400 ° C.): 7.1 wt.% V 2 O 5 , 1.8 wt.% Sb 2 O 3 , 0.36 wt.% Cs.
촉매 2: Catalyst 2:
활성 조성물 함량: 촉매의 총 중량의 8.0%.Active composition content: 8.0% of the total weight of the catalyst.
활성 조성물(400℃에서 4시간 하소 후): 7.1 중량%의 V2O5, 2.4 중량%의Sb2O3, 0.26 중량%의 Cs.Active composition (after calcination at 400 ° C. for 4 hours): 7.1 wt.% V 2 O 5 , 2.4 wt.% Sb 2 O 3 , 0.26 wt.% Cs.
촉매 3: Catalyst 3:
활성 조성물 함량: 촉매의 총 중량의 8.0%.Active composition content: 8.0% of the total weight of the catalyst.
활성 조성물(400℃에서 4시간 하소 후): 7.1 중량%의 V2O5, 2.4 중량%의Sb2O3, 0.10 중량%의 Cs.Active composition (after calcination at 400 ° C. for 4 hours): 7.1 wt% V 2 O 5 , 2.4 wt% Sb 2 O 3 , 0.10 wt% Cs.
촉매 4: Catalyst 4:
활성 조성물 함량: 촉매의 총 중량의 8.0%.Active composition content: 8.0% of the total weight of the catalyst.
활성 조성물(400℃에서 4시간 하소 후): 20.0 중량%의 V2O5, 0.38 중량%의 P.Active composition (after calcination at 400 ° C. for 4 hours): 20.0 wt.% V 2 O 5 , 0.38 wt.% P.
사용된 반응기는 25 mm의 내부 폭 및 360 cm의 길이를 갖는 철 튜브로 구성된 반응기였다. 철 튜브를 온도 제어를 위해 염 용융물로 둘러쌌다. 촉매 4로 시작하여, 상기 촉매들을 하기 상 길이 분포가 되도록 도입하였다: 130/50/70/70 cm (촉매 1/촉매 2/촉매 3/촉매 4).The reactor used was a reactor consisting of an iron tube with an internal width of 25 mm and a length of 360 cm. The iron tube was surrounded by salt melt for temperature control. Starting with catalyst 4, the catalysts were introduced to have the following phase length distribution: 130/50/70/70 cm 3 (catalyst 1 / catalyst 2 / catalyst 3 / catalyst 4).
설비를 작동시키기 위해, 공기/o-자일렌 혼합물이 약 350℃의 염 배쓰 온도에서 위에서 아래로 주 반응기를 통과하게 하였다.To operate the plant, the air / o-xylene mixture was allowed to pass through the main reactor from top to bottom at a salt bath temperature of about 350 ° C.
일반적 작동 시간 후에, 도 3(삼각형 표시)에 구체화된 온도 프로파일을 얻었다. 연장 작동 시간 후에, 사각형 표시로 특성화한 온도 프로파일을 얻었다. 작동 시간의 증가에 따라 반응기 입구로부터 반응기 출구쪽으로 핫스팟 프로파일이 이동하는 것을 볼 수 있다. 작동 후 곧바로, 제3 촉매층 내로의 입장 온도는 약 400℃였으나, 연장 작동 시간 후에는 440℃ 였다. 이는 선택성을 낮추고 총 수율을 떨어뜨린다.After the normal run time, the temperature profile specified in FIG. After an extended operating time, a temperature profile characterized by a square representation was obtained. It can be seen that the hot spot profile moves from the reactor inlet to the reactor outlet as the operating time increases. Immediately after operation, the entrance temperature into the third catalyst bed was about 400 ° C., but after an extended operating time it was 440 ° C. This lowers the selectivity and lowers the total yield.
실시예 4:Example 4:
촉매적으로 불활성인 동석 환(외부 지름 7 mm, 높이 7 mm, 내부 지름 4 mm)의 층이 촉매 2의 층 및 촉매 3의 층 사이에 완화층으로 도입된 것을 제외하고는, 비교 실시예 3을 반복하였다. 하기 상 길이 분포를 사용하였다: 130/70/10/55/55 cm (촉매 1/촉매 2/완화층/촉매 3/촉매 4).Comparative Example 3, except that a layer of catalytically inert soapstone ring (outer diameter 7 mm, height 7 mm, inner diameter 4 mm) was introduced as a mitigating layer between the layer of catalyst 2 and the layer of catalyst 3 Was repeated. The following phase length distributions were used: 130/70/10/55/55 cm 3 (catalyst 1 / catalyst 2 / relaxation layer / catalyst 3 / catalyst 4).
일반적 작동 시간 후에, 도 4(삼각형 표시)에 구체화된 온도 프로파일을 얻었다. 연장 작동 시간 후에, 사각형 표시로 특성화한 온도 프로파일을 얻었다. 작 동 후 곧바로, 완화층의 냉각 효과는 비교적 경미하다. 가동 시간의 증가에 따라 핫스팟 프로파일이 일단 이동하면, 완화층의 현저한 냉각 효과가 관찰된다. 그 결과, 제3 촉매층 내로의 입장 온도가 낮아진다. 이는 제3 촉매층에서 반응 선택성을 촉진한다.After the normal run time, the temperature profile specified in FIG. After an extended operating time, a temperature profile characterized by a square representation was obtained. Immediately after operation, the cooling effect of the mitigating layer is relatively mild. Once the hot spot profile moves with increasing uptime, a significant cooling effect of the mitigating layer is observed. As a result, the entry temperature into the third catalyst layer is lowered. This promotes reaction selectivity in the third catalyst bed.
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